mTOR通路對癲癇的影響及中醫(yī)藥干預(yù)作用研究進展

馬玉娟，何乾超，高玉廣，蔡 倫

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西 南寧 530001;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,廣西 南寧 530023)

癲癇是神經(jīng)系統(tǒng)常見的疾病之一，有研究顯示[1]癲癇患病率約為0.5%～1.0%；病死率為(1.6～4.1)/10萬。以往研究認(rèn)為[2]，癲癇是神經(jīng)元的異常放電引起的，然而癲癇發(fā)病機制復(fù)雜，至今對于其機制仍無定論。最近的研究[3]越來越趨向于細胞信號通路，這些信號通路能夠觸發(fā)神經(jīng)元的損傷和發(fā)生癲癇的下游機制。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路是研究方向之一，在癲癇發(fā)作的進程中，生長因子、氨基酸等影響因子刺激mTOR過度活化，導(dǎo)致異常神經(jīng)元細胞的增殖分化、離子通道或神經(jīng)遞質(zhì)受體表達的變化、異常直徑形態(tài)與軸突生長、異常自噬、異常神經(jīng)元極化與連接以及神經(jīng)元超興奮性等，最終引起癲癇的發(fā)生。

1 mTOR信號通路的概述及作用

mTOR是重要的真核細胞信號傳導(dǎo)途徑，是生長，增殖和生存的主調(diào)節(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)[4]雷帕霉素具有免疫抑制和抗腫瘤特性，并且具有兩種復(fù)合物，即mTORC1和mTORC2。在復(fù)雜的mTORC1機制中，其中調(diào)控mTORC1可分為激活和抑制兩類。精氨酸、亮氨酸、生長因子、絲氨酸/蘇氨酸激酶(Protein kinase B,PKB,又稱AKT)、能量等能夠激活mTORC1；DNA損傷、壓力因子、腺苷磷酸(Adenosine monophosphate,AMP)等可以導(dǎo)致mTORC1失活；經(jīng)過復(fù)雜的中間環(huán)節(jié)，mTORC1被激活后，促進核糖體的激活、多肽翻譯和合成以及嘧啶、核苷酸合成，進而增加蛋白質(zhì)合成、抑制蛋白質(zhì)降解途徑、減少自噬[3]。mTORC2的激活物質(zhì)是生長因子，mTORC2能夠激活A(yù)KT，AKT作為磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphoinositide 3-kinase,PI3K)信號通路下游的一個重要靶點蛋白，在調(diào)控細胞的增殖和代謝起著重要的作用；mTORC2還可以調(diào)節(jié)蛋白激酶C(PKC)，PKC在細胞骨架重組中起著非常重要的作用。mTORC2可以結(jié)合許多不同的PKC亞型；mTORC2的另一個靶蛋白是血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶(Serum-and glucocorticoid-inducible kinases,SGK)，其對于離子轉(zhuǎn)運非常重要?？傊琺TORC2的作用很多如抑制細胞凋亡(提高了細胞的存活率)、調(diào)節(jié)細胞骨架重組、調(diào)節(jié)離子傳輸?shù)萚5]。mTOR信號傳導(dǎo)途徑通過調(diào)控上述復(fù)雜蛋白質(zhì)，發(fā)揮細胞增殖和分化、調(diào)節(jié)突觸的可塑性、蛋白質(zhì)合成和代謝以及改善細胞骨架結(jié)構(gòu)而起到抗癲癇的作用。

2 mTOR信號通路與抗癲癇的關(guān)系

mTOR信號通路介導(dǎo)途徑復(fù)雜，包括細胞凋亡、細胞自噬、調(diào)控膠質(zhì)細胞以及突觸可塑性等，這些途徑均有可能影響神經(jīng)元興奮性，減少神經(jīng)元的損傷，降低癲癇的發(fā)生頻率。

2.1 mTOR通過減少細胞凋亡發(fā)揮抗癲癇作用 細胞凋亡是細胞的自我毀滅和自我死亡，是細胞固有的自殺過程。癲癇發(fā)作后常伴有神經(jīng)細胞凋亡，以海馬區(qū)神經(jīng)元細胞凋亡為主。已有研究證明[6]mTOR途徑與細胞凋亡有關(guān)。母體表達基因3通過激活自發(fā)性復(fù)發(fā)性癲癇中的PI3K/AKT/mTOR信號通路，增強了細胞活力，減少了海馬神經(jīng)元的凋亡率。在髓樣細胞2上表達的觸發(fā)受體的上調(diào)可減輕海馬神經(jīng)元損傷，并通過激活mTOR的上游信號PI3K/Akt抑制癲癇中神經(jīng)元凋亡，減低了癲癇的復(fù)發(fā)[7]。mTOR是調(diào)節(jié)癲癇相關(guān)神經(jīng)細胞死亡和癲癇發(fā)生的重要細胞功能和機制的中心環(huán)節(jié)[8]。

2.2 mTOR通過促進細胞自噬發(fā)揮抗癲癇作用 自噬是細胞自身在自噬相關(guān)基因的調(diào)控下，利用溶酶體降解自身受損的細胞器、細胞質(zhì)以及大分子物質(zhì)的過程。癲癇發(fā)生后細胞自噬能力下降，然而自噬或溶酶體機制障礙也有可能促發(fā)癲癇，mTOR通過抑制UNC-51樣激酶(UNC-51-like kinase 1,ULK1)，mTOR通過磷酸化ULK1(ULK1在巨大的自噬中啟動自噬體的產(chǎn)生和成熟非常重要)來實現(xiàn)功能，mTOR實際上抑制這個過程的發(fā)生，mTORC1也通過磷酸化來抑制轉(zhuǎn)錄因子EB(TEFB)，TEFB是溶酶體生物發(fā)生的主要調(diào)節(jié)因子，也是許多自噬蛋白主要的調(diào)節(jié)因子。在結(jié)節(jié)性硬化患者皮質(zhì)塊莖標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)空泡化的巨細胞，其中多個細胞器功能障礙，線粒體明顯增加，通過抑制mTOR可以誘導(dǎo)線粒體自噬，進而誘發(fā)癲癇的產(chǎn)生[9]。觀察癲癇持續(xù)狀態(tài)后海馬中自噬相關(guān)因子表達的動態(tài)變化，結(jié)果表示，增加p-PRAS40表達可以激活mTOR途徑，從而降低細胞自噬水平[10]。mTOR磷酸化ULK1，可使自噬能力下降，在結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1(TSC1)缺失與磷酸酶和肌腱蛋白同源物(PTEN)缺失小鼠模型中，小鼠皮層和海馬體的ULK1磷酸化增加，自噬減少。mTOR抑制劑雷帕霉素可降低ULK1磷酸化，從而激活自噬[11]。

2.3 mTOR通過調(diào)節(jié)突觸可塑性發(fā)揮抗癲癇作用 突觸可塑性是突觸之間信息傳遞的可變性，其中包含突觸結(jié)構(gòu)的可塑性以及突觸功能的可塑性，mTOR復(fù)雜調(diào)控蛋白中谷氨酸受體介導(dǎo)的一系列級聯(lián)反應(yīng)與其有相關(guān)性。mTOR能夠增加長時程增強相關(guān)蛋白的表達，其上游信號PI3K也能結(jié)合α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(α-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid,AMPA)受體，引導(dǎo)AMPA受體在膜上的分布[12]。在大鼠TSC1條件性缺失模型中導(dǎo)致海馬神經(jīng)元mTOR活化，導(dǎo)致樹突狀肥大和軸突束增大以及增強了谷氨酸能的功能，增加了突觸數(shù)量，影響了突觸電流的變化，從而會對癲癇產(chǎn)生一定的影響[13]。

2.4 mTOR介導(dǎo)膠質(zhì)細胞發(fā)揮抗癲癇作用 神經(jīng)膠質(zhì)細胞的增生可通過破壞正常平衡的興奮性和抑制性神經(jīng)元回路來誘導(dǎo)癲癇發(fā)作，星形膠質(zhì)細胞增生亦是癲癇損傷所引起常見的病理表現(xiàn)。mTOR通路參與了星形膠質(zhì)細胞中誘導(dǎo)型NO合酶的表達，可降低誘導(dǎo)型NO合酶mRNA的穩(wěn)定性[14]。mTOR也能夠影響星形膠質(zhì)細胞去除細胞外谷氨酸的能力，加劇癲癇發(fā)作。顳葉癲癇模型中，去除反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞中的mTOR可以減少整個病程中癲癇發(fā)作的頻率[15]。細胞外興奮性谷氨酸的緩沖不足，星形膠質(zhì)細胞谷氨酸轉(zhuǎn)運的缺陷可能導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性。研究發(fā)現(xiàn)[16]，雷帕霉素不僅可以預(yù)防癲癇發(fā)作的產(chǎn)生，而且還可逆轉(zhuǎn)神經(jīng)膠質(zhì)細胞TSC1基因有條件失活小鼠中星形膠質(zhì)谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白1的表達，從而逆轉(zhuǎn)了神經(jīng)膠質(zhì)增生和星形膠質(zhì)細胞谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白的細胞和分子異常。毛果蕓香堿誘導(dǎo)的SE導(dǎo)致神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞的mTOR活化，雷帕霉素的后續(xù)治療可減輕小膠質(zhì)細胞增生，并對認(rèn)知能力產(chǎn)生有益影響[17]。

3 中醫(yī)藥調(diào)節(jié)mTOR信號通路在抗癲癇中的研究

近些年來諸多研究者開展了不少中藥抗癲癇的研究，發(fā)揮中醫(yī)藥多途徑、多環(huán)節(jié)、多靶點的抗癲癇的作用，中醫(yī)藥介導(dǎo)mTOR抗癲癇已取得一定的成效，具體如下。

3.1 中藥單體介導(dǎo)mTOR信號通路抗癲癇的研究 中藥單體是從中藥中提取的有效成分，近年來研究發(fā)現(xiàn)，多種中藥單體具有很好的抗癲癇作用。其中有白藜蘆醇、姜黃素、柴胡皂苷a、蓮心堿、黃芩苷等通過調(diào)控mTOR信號通路起到抗癲癇作用。白藜蘆醇通過降低谷氨酸誘導(dǎo)的興奮性毒性，抑制γ-氨基丁酸發(fā)揮了抗癲癇作用[18]。白藜蘆醇[19]通過促進mTOR與含有DEP結(jié)構(gòu)域的mTOR相互作用蛋白之間的相互作用，并獨立于mTOR通路的上游PI3K/AKT抑制亮氨酸，來抑制mTORC1的活性，從而具有抗癲癇活性。張師自擬定癇丸加味中郁金有效成分姜黃素具有抗氧化以及保護神經(jīng)元的作用[20]。同樣在大鼠外傷性癲癇模型中，癲癇的發(fā)生機制與p-mTOR異常表達相關(guān)，使用姜黃素的干預(yù)組p-mTORC1表達、癲癇發(fā)作次數(shù)、腦電圖波幅以及癲癇波均少于未使用姜黃素的模型組，從而可以說明姜黃素可能通過抑制mTORC1的激活達到抗癲癇的作用[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可能通過上調(diào)mTOR蛋白或是通過上調(diào)mTOR上游信號分子PI3K/AKT，對海人酸致癇大鼠神經(jīng)元發(fā)揮保護作用，從而減少大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡[22]。在戊四氮誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型中，柴胡皂苷不僅降低了癲癇發(fā)作的持續(xù)時間，而且還下調(diào)了p-mTOR、p-70S6K等表達，從而抑制mTOR傳導(dǎo)途徑[23]。在毛果蕓香堿誘導(dǎo)癲癇的大鼠側(cè)腦室注射蓮心堿，其作用與左乙拉西坦相當(dāng)，其大鼠癇性放電的頻率減低，腦電圖β波頻段明顯下降，癲癇發(fā)作率得到下降[24]。對于七氟烷誘發(fā)新生大鼠皮層癲癇樣腦電圖波，使用蓮心堿干預(yù)后，可使其海馬組織中p-AKT、pS6蛋白表達下調(diào)，pAMPK蛋白表達上調(diào)，蓮心堿可能是通過調(diào)節(jié)mTOR的上游信號分子，進而影響下游的mTOR通路，從而發(fā)揮腦保護作用[25]。在鋰-匹羅卡品誘導(dǎo)的大鼠動物實驗?zāi)Ｐ椭?，發(fā)現(xiàn)黃芩苷干預(yù)后其海馬組織中的p-AKT、p-mTOR、p-ULK1表達下調(diào)，從而抑制mTOR通路，使癲癇持續(xù)發(fā)作得到正常自噬[26]。

3.2 中藥復(fù)方介導(dǎo)mTOR信號通路抗癲癇的研究 隨著中藥復(fù)方運用于癲癇治療的報道逐漸增多，其作用機制也逐漸備受關(guān)注。陳惠軍等發(fā)現(xiàn)百合知母湯干預(yù)后，戊四氮誘導(dǎo)癲癇大鼠模型中一磷酸腺苷活化的蛋白激酶(Adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)、p-AMPK蛋白表達下調(diào)，mTOR、p-mTOR蛋白表達上調(diào)，激活mTOR通路，改善神經(jīng)元代謝、修復(fù)海馬神經(jīng)元損傷、改善癲癇癥狀[27]。研究發(fā)現(xiàn)，匹魯卡品誘導(dǎo)癲癇大鼠實驗?zāi)Ｐ椭校游恫窈韪螠M和加味柴胡疏肝湯加miR-204抑制物組的p-AKT、p-mTOR、p-P70S6K蛋白表達上調(diào)，磷酸化AKT/mTOR/P70S6K(P70核糖體蛋白S6激酶)通路，抑制癇樣放電，發(fā)揮神經(jīng)保護的作用，減少癇性波，達到控制癲癇的目的[28]。在海人酸大鼠模型中，癲癇清顆?？山档秃ｑR組織及皮層中谷氨酸含量，由于谷氨酸可通過活化mTOR信號通路來磷酸化p70S6，從而減少癲癇發(fā)作次數(shù)和神經(jīng)元細胞的損傷[29-30]。

4 結(jié) 語

隨著癲癇治療的發(fā)展以及現(xiàn)代微觀藥理學(xué)研究的進展，目前認(rèn)為導(dǎo)致癲癇發(fā)生的機制與細胞死亡、細胞異常增殖、細胞自噬、突觸可塑性，神經(jīng)元異常分化等有關(guān)，因此，癲癇的發(fā)生也涉及多種信號機制。mTOR這一傳導(dǎo)途徑通過細胞的生長增殖、細胞的凋亡自噬、突觸的可塑性等發(fā)揮抗癲癇作用。越來越多國內(nèi)外研究人員關(guān)注中醫(yī)藥抗癲癇的機制，mTOR傳導(dǎo)途徑亦逐漸成為中醫(yī)藥治療癲癇重要的靶點。中藥單體及中藥復(fù)方的干預(yù)，通過mTOR信號通路可減少海馬神經(jīng)元損傷、減少癲癇發(fā)作頻率、改善癲癇癥狀等作用。不僅是中藥單體和中藥復(fù)方的癲癇治療可以影響其信號通路中的蛋白水平，而且有研究顯示[31]難治性癲癇患者中使用穴位埋線治療對其血清蛋白亦有不同程度的影響。中醫(yī)治療癲癇有很多不同方法如針灸、推拿、埋線等，都值得去探索其中的治療機制。另外，中醫(yī)藥治療疾病并不能夠通過單一的信號通路就完全說明中醫(yī)藥機制。中醫(yī)藥成分復(fù)雜，同時越來越多參與mTOR途徑中的蛋白質(zhì)將會被發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)藥與mTOR通路抗癲癇的研究為治療癲癇提供新思路，使中醫(yī)有據(jù)可循，也促進了中醫(yī)藥發(fā)展。